DE2557338A1

DE2557338A1 - Verfahren zur positionierung eines auf einem bohrarm montierten gesteinsbohrapparats und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2557338A1
Application number: DE19752557338
Authority: DE
Inventors: Nils Axel Aagren; Claes-Gustav Bergstroem; Karl Erik Olov Bystroem; Bo Hoestroem
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1976-06-24
Also published as: NO754273L; SE7416214L; FR2296084A1; FR2296084B3; CA1042416A; ZA757906B; AU8776975A; FI753621A; AU505055B2; SE395744B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.-WirtseS.-Ing. B.Jochem

6 Frankfurt am Main ' Staufenstraße 36

Atlas Copco Aktiebolag

Nacka / Schweden

Verfahren zur Positionierung eines auf einem Bohrarm montierten Gesteinsbohrapparats und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines auf einem Bohrarm montierten Gesteinsbohrapparats durch Dreh- oder Schwenkbewegungen des Bohrarms und/oder des Gesteinsbohrapparats um zwei senkrecht zueinander gerichtete Achsen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bei Bohrarbeiten wichtig, daß der Gesteinsbohrapparat in einfacher Weise genau in die vorbestimmten Positionen gebracht werden kann. Es wird weiterhin sowohl bei Tunnelarbeiten als auch beim Sprengen von Bänken gefordert, daß nebeneinander gebohrte Löcher parallel sind.

Konstruktionen zum automatischen Positionieren eines Gesteinsbohrapparats in verschiedenen Bohrpositionen und zum parallelen Verschieben zwischen den einzelnen Bohrpositionen sind bekannt. Die US-Patentschrift 3 896 885 beschreibt z.B.

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eine derartige automatische Positioniervorrichtung, welche gleichzeitig eine Parallelverschiebung des Gesteinsbohrapparats gestattet. Dabei erfolgt die automatische Positionierung mit Bezug auf ein bestimmtes Lager und auf einen bestimmten Winkel mit Bezug zur Senkrechten. Aus der US-PS 3 481 409 ist weiterhin ein Bohrarm mit einem automatisch korrigierenden elektro-hydraulischen Winkelpositioniersystem zur Parallelverschiebung des Gesteinsbohrapparats zwischen verschiedenen Bohrpositionen bekannt. Schließlich sind auch schon Bohrarme bekannt geworden, die nur hydraulische oder mechanische Einrichtungen zur Parallelverschiebung haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes System zur Anzeige der WinkelStellungen eines Bohrarms und eines daran montierten Gesteinsbohrapparats zu schaffen, um z.B. nach dem Auswechseln einer Bohrkrone, wozu nur der Gesteinsbohrapparat verschwenkt wird, diesen wieder genau in die frühere Arbeitsstellung zu bringen. Auch beim Bohren paralleler Löcher muß die Möglichkeit bestehen, den Gesteinsbohrapparat aus seiner parallelen Stellung zu bewegen, um z.B. Konturenlöcher zu bohren. Danach muß er dann aber wieder genau in die Richtung der parallelen Löcher gebracht werden können.

Es wird mit der Erfindung weiterhin angestrebt, ein Positioniersystem zu schaffen, das sich als Ergänzung für Bohrarme mit herkömmlichen Parallelverschiebungseinrichtungen eignet. Bei diesen Bohrarmen kommen geometrische und/oder hydraulische Fehler vor. Durch Anwendung der Erfindung soll in diesen Fällen eine größere Genauigkeit erreicht werden· Bei hydraulisch betätigter Parallelbewegung geschieht es öfters, daß die Bedienungsperson unabsichtlich den Gesteinsbohrapparat aus der richtigen Lage bringt. Die erneute Einstellung auf die exakte Position war bisher ein zeitraubender Vorgang mit doch nur ungenauem Ergebnis· Auch in solchen Fällen soll die Erfindung Abhilfe schaffen,

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Zur Lösung der vorstehend geschilderten Probleme wird erfindungsgexnäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß an Sollwertgebern Drehwinkel für die Achsen eingestellt, die Ist-Werte der Drehwinkelsteilungen mittels Drehgebern an den Achsen abgetastet und den Abweichungen von den Sollwerten entsprechende Differenzsignale erzeugt und sichtbar gemacht werden, und dann der Gesteinsbohrapparat und/oder der Bohrarm um die Achsen verschwenkt werden, bis die Soll- und Ist-Werte übereinstimmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Bohrarms,

Pig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch einen Drehgeber zur Messung des Schwenkwinkels des Bohrarms um senkrechte Schwenkachsen;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Eingabe von Sollwerten für seitliche Schwenkwinkel;

Fig. 4 einen vereinfachten Schaltplan eines Systems zur Anzeige der seitlichen Winkel und des senkrechten Winkels des Bohrarms;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestatteten Bohrarms.

In Fig. 1 ist ein Bohrarm 10 dargestellt, bestehend aus einem Auslegerarm 11, welcher an seinen Enden über waagrecht angeordnete Gelenkbolzen 12 und 13 gelenkig mit Zwischenstücken 14 und 15 verbunden ist. Das Zwischenstück 14 bildet Teil einer Bohrarmkonsole 17· Das gegenüberliegende Zwischnstück 15 trägt eine herkömmliche Vorschublafette 20, auf der

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eine Gesteinsbohrmaschine 22 verschieblich geführt ist, die z.B. durch einen Vorschubmotor 23 über eine Antriebs-Schraubenspindel in Vorschubrichtung bewegt wird. Nachstehend soll der Einfachheit halber die aus Vorschublafette 20 und Gesteinsbohrmaschine 22 bestehende Einheit als Gesteinsbohrapparat bezeichnet werden.

Parallel zu dem horizontalen Gelenkbolzen 12 ist zwischen dem unteren Ende des Zwischenstücks 14 und dem Auslegerarm 11 ein Kraftzylinder 24 als Verschwenkantrieb mit Bezug auf das Gelenk 12 angeordnet. Durch Verlängerung oder Verkürzung des Kraftzylinders 24 läßt sich der Neigungswinkel des Auslegerarms 11 mit Bezug auf die Bohrarmkonsole 17 einstellen. In ähnlicher Weise ist parallel zum waagrechten Gelenkbolzen 13 zwischen dem Auslegerarm 11 und dem Zwischenstück 15 ein hydraulischer Kraftzylinder 25 angeordnet, durch dessen Verlängerung und Verkürzung der Neigungswinkel des Zwischenstücks 15 und damit auch der Vorschublafette mit Bezug auf den Auslegerarm 11 eingestellt werden kann. Auf der dem Kraftzylinder 24 gegenüberliegenden Seite des Auslegerarms 11 ist zwischen diesem und dem oberen Ende des Zwischenstücks 14 ein hydraulischer Steuerzylinder 28 eingespannt, dessen Größe und Lage mit Bezug auf das Gelenk 12 genau der Größe und Lage des Kraftzylinders 25 mit Bezug auf das Gelenk 13 entsprechen. Der Kraftzylinder 25 wird über einen hydraulischen Steuerkreis durch den Steuerzylinder 28 gesteuert, indem er dessen Bewegungen folgt. Zu diesem Zweck verbinden hydraulische Leitungen gegenüberliegende Zylinderkammern des Steuerzylinders 28 mit entsprechend grossen Zylinderkammern des Kraftzylinders 25· An den Anschlüssen des Steuerzylinders 25 sind in die hydraulischen Leitungen herkömmliche Absperrorgane von der Art der Rückschlagventile eingesetzt.

Das Zwischenstück 14 ist mittels eines senkrecht angeordneten Achsbolzens 16 drehbar an der Bohrarmkonsole 17 gelagert. Ali Antrieb für die Drehbewegungen des Zwischenstücks

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dient ein Kraftzylinder 27, der gelenkig an der Bohrarmkonsole 17 abgestützt ist und über einen seitlichen Arm am Zwischenstück 14 angreift. Durch Verlängerung oder Verkürzung des Kraftzylinders 27 wird der Auslegerarm 11 um das Gelenk 16 verschwenkt. Das Zwischenstück 15 am äußeren Ende des Auslegerarms 11 ist über ein Gelenk 18 mit ebenfalls senkrechter Achse mit einer Halterung 19 verbunden. Die Halterung 19 stellt eine iührung für die Vorschublafette 20 dar, die sich mittels eines KraftZylinders 21 in Längsrichtung verschieben läßt. Parallel zum Gelenk 18 mit senkrechter Achse ist zwischen dem Zwischenstück 15 und der Halterung 19 ein Kraftzylinder 26 angeordnet, durch dessen Ausdehnung oder Zusammenziehung die Winkelstellung der Vorschublafette mit Bezug auf das Gelenk 18 eingestellt werden kann. Der hydraulische Kraftzylinder 26 wird durch einen hydraulischen Steuerzylinder 29 gleicher Größe gesteuert. Letzterer ist parallel zum Gelenk 16 zwischen der Bohrarmkonsole und einem seitlichen Arm am Zwischenstück 14 auf der dem Kraftzylinder 27 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Eine detaillierte Beschreibung des Auslegerarms und seiner Positionierung in verschiedene Bohrpositionen enthält das kanadische Patent 886 975·

Pig. 2 zeigt im Schnitt die Anordnung eines Drehgebers zum Abtasten der seitlichen Winkelstellung des Auslegerarms 11 mit Bezug auf die Bohrarmkonsole 17. Das Zwischenstück 14 ist mit einem rohrförmigen Gelenkzapfen 16 verbunden, der mittels Lagerbüchsen 30, 31 drehbar in der Bohrarmkonsole 17 gelagert ist. An letzterer ist eine Endplatte 32 befestigt, die einen schalenförmigen Halter 33 trägt, in dem ein induktiver Drehgeber 39 montiert ist. Als Schutz für den Drehgeber 39 dient ein Deckel 35. Ein weiterer sehalenförmiger Halter 36 ist am rohrförmigen Gelenkzapfen 16 angebracht. Die Welle des Drehgebers 39 ist über einen fiexiblen metallischen Balg 37 init dem Boden des Halters 36 verbunden. Der Drehgeber kann z.B. ein Synchro sein. Er erzeugt in bekannter Weise ein Ausgangssignal, dessen Amplitude und Vorzei-

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chen dem Drehwinkel der Welle des Synchros und somit auch der Drehung des Auslegerarms 11 mit Bezug auf die Bohrarmkonsole 17 entspricht. In gleicher Weise ist ein Synchro 40 mit dem Gelenk 18 verbunden, um die Drehbewegung der Halterung 19 mit Bezug auf den Auslegerarm 11 zu bestimmen.

Um den Neigungswinkel der Halterung 19 und der Vorschublafette 20 zu ermitteln,ist an der Halterung 19 ein Drehgeber 38 geeigneter Art angebracht. Infrage kommt z.B. ein Drehgeber nach US-PS 3 113 283. Im Ausführungsbeispiel besteht er allerdins aus einem Synchro desselben Typs wie die Synchros zur Messung der seitlichen Drehwinkel, wobei aber ein Pendel am Schaft des Synchros montiert ist.

Das System zur Anzeige der seitlichen Winkel und des Neigungswinkels ist in Fig. 3 dargestellt. Dazu gehören die Synchros 39»40 und ein Synchro 41 zur Eingabe eines Sollwerts für den seitlichen Winkel der gewünschten Bohrrichtung relativ zu einer Bezugsrichtung. Es ist weiterhin eine zentrale elektronische Steuereinheit vorgesehen, zu der ein Oszillator 42 gehört, welcher eine geeignete Eingangsspannung für die Synchros erzeugt, z.B. etwa 6 V, 700 Hz. Der Oszillator 42 wird von einem Akku mit Gleichstrom von 24 V versorgt. Ein Phasenverschiebungsdedektor 43 ist vorgesehen, um die Phasenverschiebung des summierten Signals von den Seitenwinkel-Drehgebern 39» 40, 41 festzustellen. Als Bezugsspannung dient die Ausgangsspannung des Oszillators 42. Der Signaleingang des Phasenverschiebungsdedektors 43 erhält das summierte Signal der Synchros 39» 40, 41 vom Synchro 40. Der Ausgang des Phasenverschiebungsdetektors 43 liefert eine geglättete Gleichspannung, deren Amplitude und Vorzeichen der Winkelabweichung vom Summenwinkel 0° entspricht. Das Signal für die Winkelabweichung wird an ein Anzeigeinstrument 45 geleitet, welches die Abweichung z.B. innerhalb eines Bereichs von - 10° linear anzeigt.

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Der Sollwert für den Neigungswinkel der gewünschten Bohrrichtung wird mittels eines Synchros 47 eingestellt. Das summierte Signal des Synchros 47.und des den Neigungswinkel messenden Drehgebers 38 wird an den ^üignaleingang eines Phasenverschiebungsdetektors 44 gelegt. Am Ausgang des Detektors 44 erhält man eine geglättete Gleichspannung, welche die Amplitude und das Vorzeichen der Abweichung vom Summenwinkel 0° charakterisiert. Das Signal der Winkelabweichung wird an ein Anzeigeinstrument 46 geleitet, welches diese Abweichung linear anzeigt.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Bezugsrichtung in der horizontalen Ebene die Richtung des Tunnel- oder Abbauvortriebs. Der Korrekturwinkel zwischen der Richtung des Tragrahmens, an welchem die Bohrarmkonsole 17 befestigt ist, und der Bezugsrichtung wird mittels eines Stellknopfes 48 (Fig. 3) eingestellt, der mit Synchro 41 über eine nicht gezeigte Kette verbunden ist. Die gewünschte Bohrrichtung mit Bezug auf die Tunnelvortriebsrichtung wird mit Hilfe eines Stellknopfs 49 eingestellt, der auf der Welle des Synchros 41 montiert ist. Der Drehwinkel des Stellknopfs 48 kann auf einer Skala 5^ abgelesen werden, während der Drehwinkel des Stellknopfs 49 und der Welle des Synchros (Elgons) 41 mit Bezug auf letzteren an einer Skala 50 abgelesen werden kann.

Pig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Der Einfachheit halber haben dabei übereinstimmende Teile der Ausführungen nach Fig. 1 und 5 dieselben Bezugszeichen erhalten.

Gemäß Fig. 5 ist die Bohrarmkonsole 17 durch einen angedeuteten Drehantrieb 52 um 360° um eine geometrische Polarachse 53 drehbar, welche mit der Mittelachse der Abtriebswelle 54 des Drehantriebs 52 übereinstimmt. Eine genauere Beschreibung des Bohrauslegers findet sich in der DT-AS 24 29 573*

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Drehgeber 39» 40 sind an den Gelenken 16, 18 angebracht. Ein weiterer Drehgeber 38 ist mit der Abtriebswelle 54- des Drehantriebs verbunden und zeigt deren Drehung um die Polarachse 53 an. Die Vorschublafette 20 ist in Ebenen verschwenkbar, die stets die Polarachse 53 enthalten. Mittels der Drehgeber 39, 40 wird ein Signal gewonnen, welches die Lage der Vorschublafette 20 in diesen Ebenen charakterisiert. Der den Neigungswinkel feststellende Drehgeber 38 zeigt die Drehung der die Vorschublafette enthaltenden. Ebene um die Polarachse 53 an. Die Sollwerte für die Position der Vorschublafette in der Ebene und die Winkelstellung der Ebene können mittels der Synchros 4-1 und 4-7 eingegeben werden. Die Istwertgeber und die Sollwertgeber sind wieder wie gemäß Fig. 4- miteinander verbunden, und die Differenzen zwischen Ist- und Sollwerten werden an Zeigerinstrumenten 45, 4-6 sichtbar gemacht.

Die Erfindung kann selbstverständlich auch an anderen Arten von Bohrarmen verwirklicht werden, insbesonderen solchen aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Teilen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Positionierung eines auf einem Bohrarm montierten Gesteinsbohrapparats durch Dreh- oder Schwenkbewegungen des Bohrarms und/oder des Gesteinsbohrapparats um zwei senkrecht zueinander gerichtete Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß an Sollwertgebern (41, 47) Drehwinkel für die Achsen (12, 13; 16, 18; 53) eingestellt, die Ist-Werte der Drehwinkelstellungen mittels Drehgebern (38, 39» 40) an den Achsen abgetastet und den Abweichungen von den Sollwerten entsprechende Differenzsignale erzeugt und sichtbar gemacht werden, und dann der Gesteinsbohrapparat (20, 22,23) und/oder der Bohrarm um die Achsen verschwenkt werden, bis die Soll- und Ist-Werte übereinstimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenzsignale durch Nadelinstrumente (45, 46) sichtbar gemacht werden,

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Signale der Istwertgeber (39, 40) paralleler Gelenkachsen (16, 18) summiert und mit dem Signal eines Sollwertgebers (41) verglichen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß ein Sollwertgeber (48) auf den Winkel zwischen der Längsrichtung einer den Bohrarm (10) tragenden Bohrarmkonsole (17) und der iPunnelvortriebsrichtung und ein weiterer Sollwertgeber (41,49) auf den Winkel zwischen der Tunnelvortriebsrichtung und der Bohrrichtung eingestellt wird, die Summen der Signale der Sollwertgeber (48,49) und zugehörigen Istwertgeber'

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(39» 40) verglichen werden und ihre Differenz angezeigt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem mittels eines Bohrarms über senkrecht zueinander gerichtete Gelenkachsen an einer Bohrarmkonsole abgestützten Gesteinsbohrapparat, gekennzeichnet durch Sollwertgeber (41, 4-7) für Winkelstellungen der Gelenke, daran angeordnete Drehgeber (38» 39» 40) als Istwertgeber der Winkelstellungen, mit den Soll- und Istwertgebern verbundene Detektoren (43, 44) zur Ermittlung eines Vergleichssignals sowie Anzeigeinstrumente (45,46), durch welche das Vergleichssignal sichtbar darstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Achsen der Gelenke (12, 13» 16, 18) waagrecht und senkrecht angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrarmkonsole (17) um eine Achse (53) drehbar ist, welche in jeder Bewegungsebene des Gesteinsbohrapparats (20, 22, 23) liegt und die Achsen der Gelenke (16, 18) zwischen der Bohrarmkonsole (17) und dem Bohrarm (10) sowie zwischen diesem und dem Gesteinsbohrapparat (20, 22) parallel und senkrecht zur Drehachse (53) der Bohrarmkonsole (17) angeordnet sind, und daß Drehgeber (38, 39, 40) an allen Achsen (16, 18,53) angebracht sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber aus einer ersten Stelleinrichtung (48) zur Einstellung des Winkels zwischen der Bohrarmkonsole (17) und einer Bezugsrichtung und aus einer zweiten Stelleinrichtung (49) zur Einstellung des Winkels zwischen der Bezugsrichtung und der Bohrrichtung besteht.

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Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gelenken (12, 13, 16, 18) des Bohrarms (10) motorische Einrichtungen (22, 28; 26, 29) zur Parallelverschiebung des Gesteinsbohrapparats (20, 22) angebracht sind, welche zum Ausgleich geometrischer oder hydraulischer Fehler durch Handsteuerung übersteuerbar sind.

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